摘要：为了解决蛋山灰岩废弃矿近320万m3矿渣及工程废弃物，提高与紧邻的体育会展中心之间的整体协调性，本文采用了人工堆山法来整治此废弃矿山，其最大高差53m，是国内迄今少有集高度与规模于一体的矿山整治类景观工程。通过对山形坡率、加载速率、填料及碾压方式等进行研究，对堆山体变形沉降进行长期监测得出，大型人工堆山体经过长期的固结沉降过程可以缓慢稳定。这一方法不仅解决了矿渣、工程废弃物堆放问题，还塑造了一座自然、生态的绿色山体，改善周边生态环境，为类似工程提供了借鉴意义。
关键词：废弃矿整治；人工堆山；固结沉降；变形监测
引言
随着矿产资源的大规模开发，露采矿山为地方基础设施建设提供了资源保障，但也遗留下来了大量废弃矿渣，不仅污染环境也容易诱发地质灾害，给人类生命财产带来严重威胁[1-4]。采用人工堆山法整治废弃矿山不仅可以将大量矿渣及工程废弃物加以利用，而且可以形成休闲娱乐的景观山体，整合资源，造福人类。
1.工程概况
蛋山位于镇江市体育会展中心西南侧，原为一废弃的露天采石（灰岩）宕口，总体地形东北高西南低，最高点在东北角，绝对高程约+60m，次高点在场地北侧的中部，绝对高程约+52m，由于当时的无序开采及未及时整治闭坑，宕口及周边地区的生态环境遭到严重破坏，留下大面积露采面，特别是开采后留下的高陡边坡，岩层破碎、节理裂隙发育，坡体危岩、崩塌多见（图1）。加之继后的垃圾杂乱堆填场区内，显得疮痍满目，一片狼藉，与新建的体育会展中心环境极不协调。
下伏基岩为三叠系下统上、下青龙组中厚层状石灰岩夹泥岩、泥质灰岩，局部火成岩侵入，第四系以粉质粘土层为主，局部有素填土（图2）。
图2 工程地质横剖面图
Fig.2 Engineering geological cross section
地下水类型有土层中的裂隙潜水和基岩岩溶裂隙水，土层中的裂隙潜水赋存于粉质粘土层（均为弱透水层）裂隙中，连通性较差，场地稳定地下水埋深在0.90～3.50 m，无基岩岩溶裂隙水。地下水的主要来源是大气降水和地表渗透补给，水位受季节变化影响，排泄方式以蒸发为主。
2.人工堆山方案
为了体育会展中心建设场馆的整体协调性，节约土地资源，减少土石方外运量，合理利用场区现状残留山体，充分消化平衡规划区场馆弃土、渣，在建设场地内堆筑结构稳定、外形与周边环境协调的人工景观山体。
2.1 总体方案
景观山采用以双峰为主要特征的整体外形，坡面高程+18～+70m、主峰高程+70m（相对高差52m），形成高低错落的人工山林（图3）。主体工程采用“台阶式基础+土方分层填筑（局部加筋）+顶部灰土填筑”，山体排水采用“暗排水系统+坡面明排水系统”。
西向俯视
图4 台阶式基础示意图
Fig.4 Stepped foundation diagram
2.3 山体填筑
山体采用自下而上分层填筑、分层压实，分层厚度0.3m，每层宽度外延20～30cm，上下层边缘搭接大于2m。+25m高程以上，每两层压实土层铺设一层土工栅格（图5）。
图5 土工栅格铺设剖面图
Fig.5 Sectional view of geogrid laying
填料主要采用场区工程弃土及削坡土石方和建筑垃圾。填料要求：①堆填土料必须进行野外试验，不得使用淤泥、沼泽土、有机土、含草皮土、生活垃圾及含树根等腐植质土；液限＞50，塑性指数＞26的土不得直接用作填料。②填筑前进行含水率试验，确定填料含水率与最优含水率偏差≯±2%；③不同性状的填料分层、分类堆填，不得混填；④填料粒径＞10cm、压实设备无法压碎的硬质材料须破碎后方可使用；⑤自由膨胀率>40%，膨胀总率>0.7%的土料不用于堆填；堆填坡面下6m范围内禁止直接使用膨胀性土。
堆填土方压实度按90%进行施工质量控制。
碾压遵循先低后高，由内向外的原则。碾压前对填土层松铺厚度、平整度和含水量等进行检查，符合要求后方可进行碾压。碾压时，压路机开始宜用慢速，最大速度不大于4km/h，纵向进退式进行，横向接头对振动压路机一般重叠0.4～0.5m，前后相邻区段纵向重叠1.0～1.5m，达到无漏压，无死角，确保碾压均匀。分段碾压时，接茬处做成大于1：3斜坡，碾压时碾边重叠0.5m，上下错缝距离不小于1.0m；降雨前及时压实表层松土，雨后必须对表层土凉晒，重新碾压合格后，方可进行继续填筑；中途长期停工后对表层土翻松重新碾压合格后，方可继续填筑施工。压实遍数不低于8遍，最后一遍用羊足碾进行碾压。
2.4 加载速率
堆山主体工程于2009年11月开始实施分层填筑，总体采用人工碾压加自动固结沉降的方式，共分为五个阶段进行分层（0.3m）、均匀缓填：
第一阶段：2010年1～3月，分层堆填分层碾压，至标高+25.0m；4～5月分层缓填碾压至标高+27.5m，暂停施工，使填土体自动固结沉降一个月。
第二阶段：2010年7月，均匀缓填分层碾压，至标高+32.0m，暂停施工，使填土体进入第二阶段固结沉降，时长3个月。
第三阶段：2010年11月，分层堆填碾压，至标高+38.9m，暂停施工，使填土体进入第三阶段固结沉降，时长2个月。
第四阶段：2011年2月，采用分层强夯+碾压工艺，堆填至标高+55.0m，暂停施工，进入第四阶段的自动固结，为期3个月。
第五阶段：2011年6月，分层强夯+碾压，堆填至设计高程+70m。堆填工作完成，进入后期固结沉降及坡面绿化阶段。
2.5 排水设施
地表水采用明排水引排，横向沿山体环型布置，坡面布置两道环形排水沟，纵向沿上山山体坡面均匀平行布置，出水口和地面市政排水管网相连（图6）。
图6 横竖向排水沟连接大样图
Fig.6 Horizontal and vertical drain connection diagram
地下水采用暗排盲沟进行引排，盲沟坡脚出水口连接坡脚积水井，进入坡脚与明排水沟和市政排水管网相连（图7）。场馆建设废弃物包含部分开采残留的建筑石料，对其分选、破碎后作为暗排滤层骨料，提升场馆工程废弃物的综合利用效果、降低堆山工程造价。较厚不透水层的空隙压缩水采取溢水管井措施在施工过程中进行引排。
图7 横竖向排水盲沟连接大样图
Fig.7 Horizontal and vertical drainage blind groove connection diagram
2.6 绿化设施
待山体固结沉降半年后，开始在堆山体上种植铁冬青、杜鹃、散尾葵、一叶兰、沿阶草、吉祥草、地毯草、石蒜、细叶结缕草等绿植，完工后山体实景详见图8。
图8 完工后山体实景
Fig.8 Mountain landscape after completion
3.后期监测
山体西侧地基土层压缩性高、厚度较大，堆土后沉降量亦大，对堆山整体稳定性影响程度高，且西侧紧邻檀山路，人工边坡变形对檀山路及地下管线的安全造成威胁，着重对此处进行监测，分别布置深层水平位移监测点5个、沉降监测点2个。
自2010年10月底开始，施工期每3天监测1次，工后6个月内每星期监测1次，其后每月监测1次。根据工程进展，将监测过程分为3阶段分析：
⑴第1阶段：2010年10月～2011年6月
通过此阶段监测数据显示，施工过程中地基沉降变形速率较快，施工暂停期间其变形沉降变缓，表明岩土体受堆载情况影响大[5]。截至2011年6月25日，地基总沉降量达到43.7cm。
⑵第2阶段：2011年6月底～2012年12月
CJ3沉降结果
图9 CJ3沉降点管口沉降结果
Fig.9 Pipe settlement results of CJ3 settlement point
此阶段岩土体变形主要受土体固结特性影响，无论是填土体还是地基土体，沉降量均呈增长趋势，表明工后地基沉降并未停止，但总起上沉降增大速度逐渐减小，土体沉降逐渐由主固结沉降阶段向次固结沉降阶段过渡，山体呈基本稳定状态[6]。
⑶第3阶段：2012年12月底～2018年10月。
经过为期半年的固结沉降后，填土体与地基土体变形量随着孔压的消散过程逐渐减小[7]。通过每次的监测数据来看，时长越久变形量增长值越小。在长达7年左右的固结沉降后，填筑体沉降变形量增长微乎其微，且山体植被发育良好，草木繁荣，蛋山已俨然成为一座环境优美的景观山。
4结论
本文以蛋山为例，对人工堆山法在废弃矿山整治中的山形坡率、填筑基础、填料选取、碾压方式、加载速率、排水方式、加固方式等进行了研究，并对山体沉降变形进行了实时监测，得出如下结论：
1、人工堆山体固结沉降分为施工段、快速变形段、缓变段及稳定段四个阶段，分别与孔压的消散过程对应，即孔压的消散速度控制着山体的固结沉降速度。
2、分期堆载有利于控制地基土层的沉降量、固结度，提高地基土体的稳定性。
3、采用人工堆山法，既能整治废弃矿山、消纳矿渣及工程废弃物，又能整合资源、美化环境。通过优化设计，降低工程费用，具有重要创新意义，为以后类似工程的应用提供了宝贵的参考价值。
参考文献：
[1]李肖南. 降雨条件下人工堆山坡体的渗流及稳定性分析[D].南京大学，2015.
[2]刘开斌. 土质边坡地震响应特征及动力稳定性数值分析[D].南京大学，2014.
[3]赵波，许宝田，阎长虹，王威.人工堆山边坡稳定性数值分析[J].工程地质学报，2011，19（06）：859-86 4.
论文作者:葛鹏,谭燕
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/23
标签：山体论文; 阶段论文; 工程论文; 地基论文; 土层论文; 裂隙论文; 高程论文; 《防护工程》2018年第33期论文;